Ο Κώστας Καρτάλης είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στον Τομέα Εφαρμογών Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών (προηγούμενα Λέκτορας και Επίκουρος Καθηγητής στον ίδιο Τομέα). Είναι παράλληλα Επισκέπτης Καθηγητής στον Τομέα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης.

Αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου ΑΘηνών (1985). Έχει Μάστερ στην Ατμοσφαιρική Φυσική, Μάστερ στην Αεροδιαστημική Μηχανική (με ειδίκευση στην Αεροδυναμική) και Διδακτορικό Δίπλωμα στη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για περιβαλλοντικές εφαρμογές (όλα από το Πανεπιστήμιο του Michigan, Αnn Arbor).

Διετέλεσε μέλος της Επιστημονικής Επιτροπής του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Περιβάλλοντος, ενώ έχει διατελέσει επίσης μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου του ιδίου Οργανισμού, μέλος της Επιστημονικής Επιτροπής του Ευρωπαϊκού Κέντρου για την Παρακολούθηση της Γης, μέλος σε θεματικές ομάδες εργασίας διεθνών οργανισμών και εθνικός εκπρόσωπος σε ερευνητικά προγράμματα των Γενικών Διευθύνσεων Περιβάλλοντος, Ερευνας και Τηλεματικής της Ευρωπαϊκής Ενωσης.

Διετέλεσε συνεργάτης του Αντώνη Τρίτση και συνεργάτης στα Υπουργεία ΠΕΧΩΔΕ, Αιγαίου και Πολιτισμού.

Στο διάστημα Σεπτέμβριος 1999 με Μάρτιος 2004 διετέλεσε αρχικά Ειδικός και στη συνέχεια Γενικός Γραμματέας Ολυμπιακών Αγώνων στο Υπουργείο Πολιτισμού και στο διάστημα 2003-2004 Πρόεδρος της ανώνυμης εταιρείας του Δημοσίου «Ολυμπιακά Ακίνητα». Τιμήθηκε με το Ολυμπιακό Μετάλλιο της Διεθνούς Ολυμπιακής Επιτροπής και με το Μετάλλιο της Πόλης των Αθηνών.

Στο διάστημα 2002-2004 διετέλεσε μέλος της Διεθνούς Ολυμπιακής Ακαδημίας.

Στο διάστημα Ιανουάριος 2005 με Ιούνιο 2007, ήταν Πρόεδρος του Ινστιτούτου Στρατηγικών και Αναπτυξιακών Μελετών (ΙΣΤΑΜΕ) – Ανδρέας Παπανδρέου.

Είναι μέλος του Εθνικού Συμβουλίου του ΠΑΣΟΚ από το Μάρτιο του 2005.